本发明涉及电力变电站设备绝缘维护及在线监测领域，具体涉及一种局放脉冲检测方法、系统、终端及可读存储介质。
背景技术：
绝缘故障是电力设备在运行过程中常见的故障之一，电力设备发生绝缘故障前通常会有一个逐渐发展的局部放电过程，随着放电的加剧，最终导致电力设备绝缘击穿。局部放电是导致电力设备绝缘劣化和引起电力系统事故的重要原因，因此，局部放电的监测和定位已成为及时发现电力设备绝缘缺陷避免绝缘击穿的有效手段。
局部放电位置的定位可以快速确定局放源的位置，有助于制定有针对性的检修处理方案，减少停电时间，迅速排出故障，提高检修效率，保障电力系统正常运行。局部放电可通过超声波、电气参数常量和超高频电磁波等多种方法检测，这些方法可用来做局放源定位。电磁波法是近年来局部放电检测的一种新方法，电力设备发生局部放电的过程中会辐射出宽频带电磁波信号，该方法利用射频传感器接收射频频段内(0-800MHz)的信号来检测局部放电，由于电磁波在空气中的传播速度近似光速，可以用来计算局部放电源的位置。
基于特高频电磁波传感阵列的局部放电定位法因其具有定位范围广、灵敏度高且适合在线监测的特点，具有非常好的推广应用潜力。然而在局部放电的现场检测中，由于变电站强电磁干扰的影响，局部放电信号往往被噪声信号所掩盖，另外局部放电信号和噪声信号均是宽带信号，在较大的频率范围内存在重叠，从频域角度将局部放电信号与噪声信号进行分离较困难，因此，局部放电的检测困难、检测精度低。
技术实现要素：
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的局部放电检测困难和检测精度低至少之一的缺陷。
为此，本发明第一方面，提供一种局部放电脉冲检测方法，包括如下步骤：获取待检测局部放电信号数据；将所述局部放电信号数据根据预设偏移量截取成若干高维随机矩阵；获取每一个高维随机矩阵的最大特征值，并将所述若干高维随机矩阵的最大特征值构成最大特征值序列；获取所述最大特征值序列中的特征值突变位置，并将所述特征值突变位置作为局部放电脉冲的位置。
可选地，所述将所述局部放电信号数据根据预设偏移量截取成若干高维随机矩阵的步骤，包括：将所述局部放电信号数据根据预设时间间隔生成高维随机矩阵；通过预设偏移量移动截取窗口生成下一个高维随机矩阵。
可选地，当所述截取窗口移动至所述局部放电信号数据的末端时，结束所述截取窗口的移动。
可选地，所述预设偏移量为所述高维随机矩阵的列数。
可选地，所述获取每一个高维随机矩阵的最大特征值，并将所述若干高维随机矩阵的最大特征值构成最大特征值序列的步骤，包括：将所述高维随机矩阵归一化，形成归一化矩阵；计算所述归一化矩阵的协方差矩阵；根据所述协方差矩阵计算所述高维随机矩阵的所有特征值；述所有特征值中的最大特征值；将所述最大特征值构成最大特征值序列。
可选地，所述高维随机矩阵为其中X为所述高维随机矩阵，所述高维随机矩阵为N*T的随机矩阵，通过如下公式得到所述归一化矩阵：
其中，为所述高维随机矩阵的归一化矩阵，Xi,j为所述高维随机矩阵中第i行第j列的元素，MEAN(Xi)表示向量Xi的均值，stdDEV(Xi)表示向量Xi的标准差。
可选地，通过如下公式得到所述协方差矩阵：
其中，S为所述高维随机矩阵的协方差矩阵，T为所述高维随机矩阵的列数，为所述高维随机矩阵的归一化矩阵，为的共轭矩阵。
本发明第二方面，提供一种局部放电脉冲检测系统，包括：采集模块，用于获取待检测局部放电信号数据；高维随机矩阵模块，用于将所述局部放电信号数据根据预设偏移量截取成若干高维随机矩阵；特征值序列模块，用于获取每一个高维随机矩阵的最大特征值，并将所述若干高维随机矩阵的最大特征值构成最大特征值序列；检测模块，用于检测所述最大特征值序列中的特征值突变位置，并将所述特征值突变位置作为局部放电脉冲的位置。
可选地，所述高维随机矩阵模块包括：生成模块，用于将所述局部放电信号数据根据预设时间间隔生成高维随机矩阵；偏移模块，用于通过预设偏移量移动截取窗口生成下一个高维随机矩阵。
可选地，所述特征值序列模块包括：归一化模块，用于将所述高维随机矩阵归一化，形成归一化矩阵；协方差模块，用于计算所述归一化矩阵的协方差矩阵；特征值模块，用于根据所述协方差矩阵计算所述高维随机矩阵的所有特征值；最大特征值模块，用于获取所述所有特征值中的最大特征值；序列模块，用于将所述最大特征值构成最大特征值序列。
本发明第三方面，提供一种终端，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行本发明第一方面任一所述的方法。
本发明第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现本发明第一方面任一所述方法的步骤。本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供了一种局部放电脉冲检测方法、系统、终端及计算机可读存储介质，其中，该方法包括：获取待检测局部放电信号数据；将所述局部放电信号数据根据预设偏移量截取成若干高维随机矩阵；获取每一个高维随机矩阵的最大特征值，并将所述若干高维随机矩阵的最大特征值构成最大特征值序列；获取所述最大特征值序列中的特征值突变位置，并将所述特征值突变位置作为局部放电脉冲的位置。该方法为基于随机矩阵理论和时间序列的检测，将待检测局部放电信号数据划分为含有局部放电脉冲的数据窗口，减小了后续数字滤波等数字信号处理算法的数据量，有效提高了局部放电信号检测效率，并基于特征根来判断局部放电脉冲发生的位置，有效提高了局部放电检测的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中局部放电脉冲检测方法的一个具体示例的流程图；
图2为本发明实施例1中局部放电脉冲检测方法的另一个具体示例的流程图；
图3为本发明实施例1中局部放电脉冲检测方法的局部放电信号采样序列；
图4为本发明实施例1中局部放电脉冲检测方法的高维随机矩阵构造过程示意图；
图5为本发明实施例1中局部放电脉冲检测方法的特征值突变位置示意图；
图6为本发明实施例1中局部放电脉冲检测方法的另一个具体示例的流程图；
图7为本发明实施例2中局部放电脉冲检测系统的一个具体示例的框图；
图8为本发明实施例3中终端的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种局部放电脉冲检测方法，如图1所示，包括如下步骤：
S01：获取待检测局部放电信号数据。在本实施例中，通过信号采集器采集待检测局部放电信号数据，将采集到的局部放电信号数据标记为Ω，如图3所示；当然，在其它实施例中，也可以根据其它方法采集待检测局部放电信号数据，如示波器等，根据需要合理选择即可。
S02：将局部放电信号数据根据预设偏移量截取成若干高维随机矩阵。在本实施例中，根据预设偏移量将局部放电信号数据从数据起始端到数据结束端截取成若干高维随机矩阵，这样可以识别所有局部放电脉冲出现的位置，检测可靠性更高。
在本实施例中，如图2所示，步骤S02具体包括步骤S021和S022：
S021：将局部放电信号数据根据预设时间间隔生成高维随机矩阵。在本实施例中，针对局部放电信号数据Ω构造高维随机矩阵，具体为利用单位时间间隔△t的数据向量X1,X2,X3…XN1xT来生成矩阵，高维随机矩阵表达式如下式所示，数据生成方式如图4所示。
其中，X为N*T的高维随机矩阵。高维随机矩阵X可以通过改变采样频率和采样时长来调整矩阵X的行列数比值，以保证矩阵X满足随机矩阵理论分析的要求。当然，在其它实施例中，高维随机矩阵也可以根据其它方式构建，根据需要合理选择即可。
S022：通过预设偏移量移动截取窗口生成下一个高维随机矩阵。在本实施例中，预设偏移量为高维随机矩阵的列数T，截取窗口为N*T，如图4所示；当然，在其它实施例中，也可以设置为其它值，如列数的倍数等，根据需要合理设置即可。当截取窗口移动至局部放电信号数据Ω的末端时，结束截取窗口的移动。
S03：获取每一个高维随机矩阵的最大特征值，并将若干高维随机矩阵的最大特征值构成最大特征值序列。
在本实施例中，如图2所示，步骤S03具体包括步骤S031-S035：
S031：将高维随机矩阵归一化，形成归一化矩阵。在本实施例中，为了符合随机矩阵的Marchenko-Pastur(缩写为M-P)定理的应用前提，通过如下公式得到归一化矩阵，
其中，为高维随机矩阵的归一化矩阵，Xi,j为高维随机矩阵中第i行第j列的元素，MEAN(Xi)表示向量Xi的均值，stdDEV(Xi)表示向量Xi的标准差；当然，在其它实施例中，也可以通过其它归一化公式得到高维随机矩阵的归一化矩阵，根据需要合理设置即可。
S032：计算归一化矩阵的协方差矩阵。在本实施例中，通过如下公式得到协方差矩阵，
其中，S为高维随机矩阵的协方差矩阵，T为高维随机矩阵的列数，为高维随机矩阵的归一化矩阵，为的共轭矩阵。
S033：根据协方差矩阵计算高维随机矩阵的所有特征值。
S034：获取所有特征值中的最大特征值。在本实施例中，通过降序对所有特征值进行排序，得到最大特征值；当然，在其它实施例中，也可以通过其它方法得到最大特征值，如两两特征值进行比较等，根据需要合理设置即可。
S035：将最大特征值构成最大特征值序列。将得到的每一个高维随机矩阵的最大特征值构成一个最大特征值序列。
S04：获取最大特征值序列中的特征值突变位置，并将特征值突变位置作为局部放电脉冲的位置，如图5所示，根据特征值突变位置可以确定局部放电脉冲位置，具体为观测到在第20-25数据窗口发现特征值有个稳定的突变，根据此时的窗口偏移量可计算得到局部放电脉冲位置为原始波形的T*20～T*25位置。
上述局部放电脉冲检测方法，对所采集到的待检测局部放电信号数据基于随机矩阵理论和时间序列方法进行检测，首先将局部放电信号数据构建成若干高维随机矩阵，之后对每一个高维随机矩阵进行归一化处理得到归一化矩阵，根据归一化矩阵计算协方差矩阵，基于协方差矩阵计算特征值并获取最大特征值，最后，经由序列化处理后的所有最大特征值构成最大特征值序列，识别特征值突变位置，在特征值突变处即为局部放电脉冲出现的位置。该方法为基于随机矩阵理论和时间序列的检测，将待检测局部放电信号数据划分为含有局部放电脉冲的数据窗口，减小后续数字滤波等数字信号处理算法的数据量，有效提高局部放电信号检测效率，并基于特征根来判断局部放电脉冲发生的位置，有效提高了局部放电检测的精度。
在本实施例中，采用的方法是先将局部放电信号数据Ω根据预设偏移量将其从数据起始端到数据结束端截取成若干高维随机矩阵之后再计算每一个高维随机矩阵的最大特征值，这样可以识别所有局部放电脉冲出现的位置，检测可靠性更高；当然，在其它实施例中，也可以是获得一个高维随机矩阵之后就计算特征值，之后截取窗口移动再获取下一个高维随机矩阵，获取后计算特征值，具体工作流程如图6所示，根据需要合理设置即可。图6所示的局部放电脉冲检测方法的工作流程为：采集局部放电信号数据，将采集到的局部放电信号数据标记为Ω；从局部放电信号数据Ω的起始位置根据时间间隔△t构建高维随机矩阵；之后对高维随机矩阵进行归一化处理，得到归一化矩阵；根据归一化矩阵计算得到协方差矩阵；根据协方差矩阵计算高维随机矩阵的所有特征值；从所有特征值中获得最大特征值；检测截取窗口是否移动至局部放电信号数据Ω的结尾位置，如果没有到达结尾位置，则通过预设偏移量移动截取窗口生成下一个高维随机矩阵，计算下一个高维随机矩阵的特征值，直至截取窗口到达局部放电信号数据Ω的结尾位置，此时，表明局部放电信号数据Ω中的数据检测完毕；将得到的每个高维随机矩阵的最大特征值构建成一个最大特征值序列；检测最大特征值序列中的特征值突变位置，将特征值突变位置作为局部放电脉冲的位置。
实施例2
本施例提供一种局部放电脉冲检测系统，该系统用于实现实施例1中的实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图7是根据本发明实施例2的局部放电脉冲检测系统的一个具体示例的系统框图，包括：
采集模块71，用于获取待检测局部放电信号数据。
高维随机矩阵模块72，用于将局部放电信号数据根据预设偏移量截取成若干高维随机矩阵。在本实施例中，高维随机矩阵模块72包括：生成模块721，用于将局部放电信号数据根据预设时间间隔生成高维随机矩阵；偏移模块722，用于通过预设偏移量移动截取窗口生成下一个高维随机矩阵。
特征值序列模块73，用于获取每一个高维随机矩阵的最大特征值，并将若干高维随机矩阵的最大特征值构成最大特征值序列。在本实施例中，特征值序列模块73包括：归一化模块731，用于将高维随机矩阵归一化，形成归一化矩阵；协方差模块732，用于计算归一化矩阵的协方差矩阵；特征值模块733，用于根据协方差矩阵计算高维随机矩阵的所有特征值；最大特征值模块734，用于获取所有特征值中的最大特征值；序列模块735，用于将最大特征值构成最大特征值序列。
检测模块74，用于检测最大特征值序列中的特征值突变位置，并将特征值突变位置作为局部放电脉冲的位置。
上述各个模块的更进一步的功能描述与上述实施例1相同，在此不再赘述。
上述局部放电脉冲检测系统具有检测方便和检测精度高的优点。
实施例3
本施例提供一种终端，如图8所示，包括：至少一个处理器801，例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，至少一个通信接口803，存储器804，至少一个通信总线802。其中，通信总线802用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口803可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选通信接口803还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器804可以是高速RAM存储器(Ramdom Access Memory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器804可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器801的存储装置。其中处理器801可以结合图7所描述的系统，存储器804中存储一组程序代码，且处理器801调用存储器804中存储的程序代码，以用于执行一种局部放电脉冲检测方法，即用于执行如图1、图2和图6实施例1中的局部放电脉冲检测方法。
其中，通信总线802可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，简称EISA)总线等。通信总线802可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器804可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)，硬盘(英文：hard disk drive，缩写：HDD)或固态硬盘(英文：solid-state drive，缩写：SSD)；存储器804还可以包括上述种类的存储器的组合。
其中，处理器801可以是中央处理器(英文：central processing unit，缩写：CPU)，网络处理器(英文：network processor，缩写：NP)或者CPU和NP的组合。
其中，处理器801还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specific integrated circuit，缩写：ASIC)，可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，缩写：PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complex programmable logic device，缩写：CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmable gate array，缩写：FPGA)，通用阵列逻辑(英文：generic array logic,缩写：GAL)或其任意组合。
可选地，存储器804还用于存储程序指令。处理器801可以调用程序指令，实现如本申请图1、图2和图6实施例1中所示的局部放电脉冲检测方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的局部放电脉冲检测方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。